Ko nga rauemi ahu-rua, penei i te graphene, he mea ataahua mo nga tono semiconductor tikanga me nga tono hou i roto i te hikohiko ngawari. Heoi, ko te kaha o te kaha o te graphene ka pakaru i te riipene iti, na te mea he uaua ki te tango painga o ona taonga hiko i roto i nga hiko hiko totoro. Kia taea ai te mahi tino pai ki te riaka-whakawhirinaki o nga kaikawe kauwhata maramara, i hangaia e matou he graphene nanoscrolls i waenga i nga paparanga graphene kua tapaehia, e kiia ana ko nga panuku graphene/graphene multilayer (MGGs). I raro i te riaka, ka piri etahi panuku i nga wahanga wahanga o te graphene ki te pupuri i te kupenga urunga kia pai ai te kawe i nga riipene teitei. Ko nga MGG Trilayer e tautokohia ana i runga i nga elastomers i pupuri i te 65% o to raatau whakahaere taketake i te 100% riaka, e tika ana ki te ahunga o te rere o naianei, engari ko nga kiriata trilayer o te graphene kaore he nanoscrolls i pupuri i te 25% anake o te whakahaerenga timatanga. He transistor waro-katoa totoro i hangaia ma te whakamahi i nga MGG hei hikohiko i whakaatu i te whakawhiti o te >90% me te pupuri i te 60% o te putanga o naianei i te 120% riaka (whakarara ki te ahunga o te kawe utu). Ka taea e enei transistors waro-katoa te totoro me te maramara te optoelectronics totoro.
Ko te hikohiko maramara totoro he mara e tipu ana he tono nui ki roto i nga punaha biointegrated matatau (1, 2) tae atu ki te kaha ki te whakauru ki te optoelectronics totoro (3, 4) ki te whakaputa i nga karetao ngawari me nga whakaaturanga. Ko te Graphene e whakaatu ana i nga ahuatanga tino hiahia o te matotoru ngota, te maamaatanga teitei, me te kaha o te kawe, engari ko tana whakatinanatanga i roto i nga tono whakaroa kua aukatihia e tona kaha ki te pakaru i nga riipene iti. Ma te whakakore i nga here miihini o te graphene ka taea te mahi hou i roto i nga taputapu maramara totoro.
Ko nga ahuatanga ahurei o te graphene ka waiho hei kaitono kaha mo te whakatipuranga e whai ake nei o nga hiko hiko hiko (5, 6). Ka whakatauritea ki te kaikawe maramara e whakamahia nuitia ana, indium tin oxide [ITO; 100 ohms/tapawha (sq) i te 90% puataata ], monolayer graphene i whakatipuhia e te waipara matū (CVD) he rite te whakakotahitanga o te parenga pepa (125 ohms/sq) me te maramatanga (97.4%) (5). I tua atu, he tino ngawari nga kiriata graphene ki te ITO (7). Hei tauira, i runga i te tïpako kirihou, ka taea te pupuri i tona kawe ahakoa mo te radius piko o te kopiko iti 0.8 mm (8). Hei whakarei ake i tana mahi hiko hei kaikawe maramara ngawari, kua whakawhanakehia e nga mahi o mua nga rauemi ranu graphene me nga waea-a-ahua (1D) hiriwa, nga waro nanotubes (CNTs) (9-11). I tua atu, kua whakamahia te graphene hei irahiko mo te whakaurunga heterostructural semiconductors (pērā i te 2D nuinga Si, 1D nanowires/nanotubes, me te 0D quantum ira ) (12), transistors ngāwari, pūtau solar, me te marama-emitting diodes (LED) (13). –23).
Ahakoa kua whakaatuhia e te graphene nga hua pai mo te hikohiko ngawari, ko tana tono i roto i te hikohiko totoro kua whakawhäitihia e ona taonga miihini (17, 24, 25); Ko te graphene he 340 N/m te pakari o roto-rererangi me te 0.5 TPa (26) o te Young's modulus. Ko te kupenga waro-wao kaha e kore e whakarato i nga tikanga tohanga hiko mo te riaka tono, na reira ka pakaru noa i te iti iho i te 5% riaka. Hei tauira, ko te CVD graphene i whakawhitia ki runga i te polydimethylsiloxane (PDMS) tïpako rapa ka taea anake te pupuri i tana kawe i te iti iho i te 6% riaka (8). E ai ki nga tatauranga ariā ko te kuru me te honohono i waenga i nga paparanga rereke ka tino heke te maro (26). Ma te whakaputu i te graphene ki roto i nga paparanga maha, e ai ki te korero ko tenei kauwhata takirua-takitoru ranei ka totoro ki te 30% riaka, e whakaatu ana i te huringa parenga 13 te iti ake i tera o te graphene monolayer (27). Heoi ano, he iti tonu tenei toronga ki nga hiko torotoro c taea (28, 29).
He mea nui nga transistors i roto i nga tono totoro na te mea ka taea e ratou te panui pukoro matatau me te tātari tohu (30, 31). Ko nga transistors i runga i te PDMS me te graphene multilayer hei puna / wai hiko me nga rauemi hongere ka taea te pupuri i te mahi hiko ki runga ki te 5% riaka (32), he mea nui kei raro i te uara iti e hiahiatia ana (~ 50%) mo nga pūoko aroturuki hauora me te kiri hiko. 33, 34). Ina tata nei, kua tirotirohia he huarahi graphene kirigami, a ko te transistor kua tutakina e te wai hiko ka taea te toro atu ki te 240% (35). Heoi, me graphene whakatārewatia tenei tikanga, e whakararu ana i te mahi tito.
I konei, ka taea e matou nga taputapu graphene tino totoro ma te whakawhiti i nga panuku graphene (~ 1 ki te 20 μm te roa, ~ 0.1 ki te 1 μm te whanui, me te ~ 10 ki te 100 nm teitei) i waenga i nga paparanga graphene. E whakapae ana matou ka taea e enei panuku kauwhata te tuku ara kawe ki te piri i nga kapiti i roto i nga pepa kauwhata, na reira ka mau tonu te kawe i raro i te taumahatanga. Ko nga panuku graphene e kore e hiahia ki te whakahiato, ki te tukanga ranei; he mea hanga noa i roto i te tikanga whakawhiti maku. Ma te whakamahi i nga panuku G/G (graphene/graphene) multilayer (MGGs) graphene electrodes electrodes (puna/wai me te kuwaha) me nga CNT semiconducting, i taea e matou te whakaatu i nga transistors waro-katoa tino marama me te tino toronga, ka taea te toro ki te 120 % riaka (whakarara ki te ahunga o te kawe utu) me te pupuri i te 60 % o te putanga o naianei. Koinei te transistor waro-a-wao e tino toroa ana i tenei wa, a he rawaka te naianei hei peia he LED parakore.
Hei whakaahei i nga irahiko graphene totoro-nui-a-rohe, i whiriwhiria e matou he kawhene whakatipu CVD i runga i te kopa Cu. I whakatarewahia te pepa Cu ki waenganui o te ngongo kiripaka CVD kia taea ai te tipu o te graphene ki nga taha e rua, ka hanga i nga hanganga G/Cu/G. Hei whakawhiti i te graphene, i te tuatahi ka pania e matou he papa angiangi o te poly(methyl methacrylate) (PMMA) hei whakamarumaru i tetahi taha o te graphene, i tapaina e matou ko te topside graphene (he rereke mo tera taha o te graphene), ka mutu, ko te Ko te kiriata katoa (PMMA/graphene runga/Cu/graphene raro) i rukuhia ki te wairewa (NH4)2S2O8 hei tarai i te pepa Cu. Ko te kauwhata taha-raro karekau he paninga PMMA karekau he kapiti, he koha hoki e taea ai e te etchant te kuhu ki roto (36, 37). E whakaatu ana i te Whakaahua 1A, i raro i te paheketanga o te mata, ka huri nga rohe graphene i tukuna ki roto ki nga panuku, ka piri ki te kiriata runga-G/PMMA e toe ana. Ko nga panuku runga-G/G ka taea te whakawhiti ki runga i tetahi taputapu, penei i te SiO2/Si, te karaihe, te polymer ngawari ranei. Ko te tukurua i tenei tukanga whakawhiti he maha nga wa ki runga i te taputapu kotahi ka hoatu nga hanganga MGG.
(A) He whakaahuatanga mo te hangahanga mo nga MGG hei hiko totoro. I te wa o te whakawhiti graphene, ka pakaruhia te graphene o muri i runga i te konumohe Cu i nga rohe me nga koha, ka hurihia ki runga ki nga ahua rereke, ka piri ki nga kiriata o runga, ka hangaia he nanoscrolls. Ko te pakiwaituhi tuawha e whakaatu ana i te hanganga MGG kua tapae. (B me C) Ko nga ahuatanga TEM taumira teitei o te MGG monolayer, e aro ana ki te graphene monolayer (B) me te rohe panuku (C), ia. Ko te whakaurunga o te (B) he ahua iti-whakarahi e whakaatu ana i te ahua o nga MGG monolayer kei runga i te matiti TEM. Ko nga whakaurunga o (C) ko nga tohu kaha ka mau ki nga pouaka tapawha e tohuhia ana i te ahua, kei te 0.34 me te 0.41 nm nga tawhiti i waenga i nga rererangi ngota. (D ) Waro K-edge EEL spectrum me te tohu kauwhata π* me te σ* tihi kua tapaina. (E) Ko te ahua AFM o nga panuku G/G monolayer me te ahua teitei i te taha o te raina iraira kowhai. (F ki I) Kaitito mata whatu me te AFM whakapakoko s o trilayer G kahore (F me H) me panuku (G me ahau) i runga i 300-nm-matotoru SiO2/Si substrates, ia. I tapaina nga panuku me nga kita hei whakaatu i o raatau rereketanga.
Hei manatoko he graphene te hurihanga o nga panuku i roto i te taiao, i whakahaerehia e matou nga rangahau moroiti irahiko tuku-taumira teitei (TEM) me te mate hiko hiko (EEL) i runga i nga hanganga panuku runga-G/G monolayer. Ko te Whakaahua 1B e whakaatu ana i te hanga hexagonal o te kauwhata takakau kotahi, a ko te whakaurunga he ahua katoa o te kiriata kua hipokina ki te kohao waro kotahi o te matiti TEM. Ko te graphene monolayer e toro ana i te nuinga o te matiti, a ka puta mai etahi tawerewere graphene i te aroaro o nga puranga maha o nga mowhiti hexagonal (Fig. 1B). Ma te topa ki roto i te panuku takitahi (Fig. 1C), i kite matou i te nui o te graphene lattice fringes, me te mokowhiti mokowhiti i te awhe o te 0.34 ki te 0.41 nm. Ko enei inenga e tohu ana ka huri matapōkeretia ngā tawerewere, ā, ehara i te kauwhata tino tika, he 0.34 nm te mokowā kupenga i roto i te paparanga paparanga "ABAB". Ko te Whakaahua 1D e whakaatu ana i te waro K-edge EEL spectrum, i ahu mai te tihi i te 285 eV i te π* orbital me tetahi atu huri noa i te 290 eV na te whakawhiti o te σ* orbital. Ka kitea ko te hononga sp2 te rangatira i roto i tenei hanganga, me te manatoko he tino kauwhata nga panuku.
Ko nga whakaahua oro me te miihini atomic force microscopy (AFM) he maarama ki te tohatoha o nga nanoscroll graphene i roto i nga MGG (Fig. 1, E to G, me nga piki. S1 me S2). Ka tohatoha matapōkeretia ngā panuku ki runga i te mata, ā, ka piki ake te kiato o roto -plane ki te maha o ngā paparanga tāpae. He maha nga panuku kua kuia ki roto i nga pona me te whakaatu i nga teitei kore rite ki te 10 ki te 100 nm. Ko te 1 ki te 20 μm te roa me te 0.1 ki te 1 μm te whanui, i runga i te rahi o o ratou tawerewere graphene tuatahi. E whakaatu ana i te Whakaahua 1 (H me I), he tino nui ake nga rahi o nga panuku i nga kita, e arai atu ana ki te atanga taratara ake i waenga i nga paparanga graphene.
Hei ine i nga ahuatanga hiko, ka whakatauirahia e matou nga kiriata graphene me nga hanganga panuku, karekau ranei, me te paparanga paparanga ki roto i te 300-μm-whanui me te 2000-m-roa-roa ma te whakamahi whakaahua whakaahua. Ko nga parenga e rua-tirohanga hei mahi o te riaka i inehia i raro i nga ahuatanga taiao. Ko te aroaro o nga panuku i whakaiti i te parenga mo te monolayer graphene e 80% me te 2.2% anake te heke o te whakawhiti (piki S4). Ko tenei e whakapumau ana ko nga nanoscrolls, he nui te teitei o te waa ki te 5 × 107 A / cm2 (38, 39), he tino pai te whakauru hiko ki nga MGG. I roto i te katoa o te mono-, bi-, me te trilayer mania graphene me MGGs, te torulayer MGG he pai te whakahaere me te marama tata ki te 90%. Hei whakataurite ki etahi atu puna o te graphene i korerotia i roto i nga tuhinga, i ine ano matou i nga parenga pepa e wha-tirohanga (piki S5) ka whakarārangihia hei mahi o te whakawhiti i te 550 nm (piki S6) i te Whakaahua 2A. E whakaatu ana a MGG i te ahua rite, teitei ake ranei o te kawe me te maamaatanga i te karapene mania maha me te waikura kauwhata whakaheke (RGO) (6, 8, 18). Kia mahara ko nga parenga pepa o te kawhata maamaa paparanga maha-a-iwi kua tapaehia mai i nga tuhinga he paku teitei ake i to taatau MGG, na te mea pea na te kore arotau o te tipu me te tikanga whakawhiti.
(A) E wha-tirohanga rau parenga ki te whakawhiti i te 550 nm mo nga momo kawhata maha, kei reira nga tapawha pango e tohu ana i nga MGG mono-, bi-, trilayer; Ko nga porowhita whero me nga tapatoru kikorangi e rite ana ki te kauwhata mania multilayer i tupu ki Cu me Ni mai i nga rangahau a Li et al. (6) me Kim et al. (8), ia, ka whakawhitia ki runga SiO2/Si, kiripaka ranei; me nga tapatoru matomato he uara mo te RGO i nga nekehanga whakaheke rereke mai i te ako a Bonaccorso et al. ( 18). (B me C) Ko te huringa parenga noa o nga MGG kotahi, takirua me te taarua toru me G hei mahi o te riaka tika (B) me te whakarara (C) ki te ahunga o te rere o naianei. (D) Ko te huringa parenga noa o te bilayer G (whero) me te MGG (pango) i raro i te riaka porohita e utaina ana ki te 50% riaka tika. (E) Ko te huringa parenga noa o te trilayer G (whero) me te MGG (pango) i raro i te riaka porohita e uta ana ki te 90% riaka whakarara. (F) Te huri i te kaha o te mono-, bi- me te trilayer G me te takirua me te trilayer MGG hei mahi o te riaka. Ko te whakaurunga ko te hanganga puritanga, kei reira ko SEBS te taputapu polymer me te papanga dielectric polymer ko te SEBS 2-μm-matotoru.
Hei arotake i nga mahi e whakawhirinaki ana ki te riaka o te MGG, i whakawhitia e matou te graphene ki runga i nga taputapu thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) (~ 2 cm te whanui me te ~ 5 cm te roa), ka inehia te kawe i te wa e toro ana te taputapu. (Tirohia nga Rauemi me nga Tikanga) e noho tika ana me te whakarara ki te ahunga o te rere o naianei (Whakaahua 2, B me C). I pai ake te whanonga hiko e whakawhirinaki ana ki te riaka na te whakaurunga o nga nanoscrolls me te piki haere o nga paparanga graphene. Hei tauira, ina e tika ana te riaka ki te rere o naianei, mo te graphene monolayer, ko te taapiri o nga panuku ka piki ake te riaka i te pakarutanga hiko mai i te 5 ki te 70%. Ko te kaha o te riipene o te graphene trilayer ka tino pai ake ki te whakatairite ki te monolayer graphene. Ma te nanoscrolls, i te 100% te riaka tiuaro, ko te aukati o te hanganga trilayer MGG i piki noa ma te 50%, ki te whakataurite ki te 300% mo te trilayer graphene kaore he panuku. I tirotirohia te huringa parenga i raro i te taumahatanga o te taumahatanga hurihanga. Hei whakatairite (Whakaahua 2D), ka piki ake nga parenga o te kiriata graphene bilayer mania mo te 7.5 nga wa i muri i te ~700 huringa i te 50% te riaka tika me te piki haere tonu me te riaka i ia huringa. I tetahi atu taha, ko te parenga o te bilayer MGG i piki noa mo te 2.5 nga wa i muri i te ~700 huringa. Te tono ki runga ki te 90% riaka i te ahunga whakarara, ka piki ake te parenga o te trilayer graphene ~ 100 nga wa i muri i nga huringa 1000, engari he ~ 8 noa nga wa i roto i te torulayer MGG (Fig. 2E). Ko nga hua paihikara e whakaatuhia ana i te piki. S7. Ko te pikinga tere ake o te aukati i te taha o te ahunga riaka whakarara na te mea e tika ana te takotoranga o nga kapiti ki te ahunga o te rere o naianei. Ko te rereke o te aukati i te wa e utaina ana me te whakaheke i te riaka na te whakaora viscoelastic o te SEBS elastomer substrate. Ko te kaha ake o te atete o nga taapi MGG i te wa e eke paihikara ana na te nui o nga panuku ka taea te hono i nga wahanga ngatata o te kauwhata (i te mea i tirohia e te AFM), e awhina ana ki te pupuri i te huarahi whakakoi. Ko tenei ahuatanga o te pupuri i te kawe mai i te ara percolating kua panuitia i mua mo nga konganuku kapiti me nga kiriata hikohiko i runga i nga taputapu elastomer (40, 41).
Hei arotake i enei kiriata i runga i te graphene hei electrodes kuaha i roto i nga taputapu totoro, ka hipokina e matou te paparanga graphene ki te paparanga dielectric SEBS (2 μm te matotoru) me te aroturuki i te huringa o te kaha o te dielectric hei mahi o te riaka (tirohia te Whakaahua 2F me nga Rauemi Tāpiri mo taipitopito). I kite matou ka tere te heke o nga hiko me nga hiko o te graphene monolayer me te bilayer graphene na te ngaro o te kawe i roto i te rererangi o te graphene. He rerekee, ko nga capacitances kua tutakina e nga MGG me te kauwhata trilayer mania i whakaatu i te pikinga o te kaha me te riaka, e tika ana na te whakahekenga o te matotoru dielectric me te riaka. Ko te pikinga e tumanakohia ana i roto i te puritanga he tino pai ki te hanga MGG (piki S8). E tohu ana tenei he pai te MGG hei hiko kuaha mo nga transistors totoro.
Hei whakatewhatewha ake i te mahi a te panuku graphene 1D i runga i te taumahatanga o te kawe hiko me te whakahaere pai ake i te wehenga i waenga i nga paparanga graphene, i whakamahia e matou nga CNT kua pania rehu hei whakakapi i nga panuku graphene (tirohia nga Rauemi Tāpiri). Hei whakatauira i nga hangahanga MGG, ka whakatakotoria e matou e toru kiato o CNTs (ara, CNT1
(A ki te C) nga whakaahua AFM o nga kiato rereke e toru o nga CNT (CNT1
Kia maarama ake ai to raatau kaha ki te mahi hiko mo te hikohiko totoro, i tirotirohia e matou nga ahuatanga o te MGG me te G-CNT-G i raro i te riaka. Karekau he tikanga tohu tohu whaihua na te mea karekau he rereke o te tae me te SEM i raro i nga mahi toi atahanga i te wa o te matawai irahiko i te wa e mau ana te graphene ki runga i nga taputapu polymer (piki. S9 me S10). Hei kite i roto i te waahi te mata o te graphene i raro i te riaka, i kohia e matou nga inenga AFM i runga i nga MGG trilayer me te graphene mania i muri i te whakawhiti ki runga (~0.1 mm te matotoru) me nga taputapu SEBS rapa. Na te kino o roto o te CVD graphene me te kino o waho i te wa o te tukanga whakawhiti, ka puta nga kapiti ki runga i te graphene kua werohia, me te piki haere o te riipene, ka kaha ake nga kapiti (Fig. 4, A ki D). I runga i te hanganga o nga hiko o te waro, ka whakaatuhia e nga kapiti nga momo ahua rereke (piki S11) (27). He iti ake te kiato o te kapiti kapiti (kua tautuhia ko te waahi kapiti/rohe kua tātarihia) o te kauwhata paparanga maha i te graphene monolayer i muri i te riaka, e rite ana ki te pikinga o te kawe hiko mo nga MGG. I tetahi atu taha, ka kitea nga panuku hei piriti i nga kapiti, e whakarato ana i etahi atu ara whakahaere i roto i te kiriata kua werohia. Hei tauira, i tapaina ki te ahua o te Fig. 4B, he panuku whanui i whiti i runga i te kapiti i roto i te taarai toru MGG, engari kaore he panuku i kitea i te graphene mania (Fig. 4, E ki te H). He pera ano, na nga CNT ano i piri nga kapiti o te graphene (whakaahua S11). Ko te kiato o te waahi kapiti, te kiato rohe panuku, me te taratara o nga kiriata kua whakarāpopotohia ki te Whakaahua 4K.
(A ki te H) Ko nga whakaahua AFM i roto i te waahi o nga panuku G/G trilayer (A ki D) me nga hanganga trilayer G (E ki te H) i runga i te SEBS tino kikokore (~0.1 mm te matotoru) elastomer i te 0, 20, 60, me te 100 % riaka. Ko nga kapiti me nga panuku he tohu ki nga pere. Ko nga whakaahua AFM katoa kei te waahi o te 15 μm × 15 μm, ma te whakamahi i te pae tauine tae rite ki te tapanga. (I) Hangahanga whaihanga o te tauira irahiko graphene monolayer i runga i te tïpako SEBS. (J) Mapi taiwhanga whaihanga o te tino riaka arorau matua i roto i te graphene monolayer me te tïpako SEBS i te 20% riaka o waho. (K) Te whakatairitetanga o te kiato rohe kapiti (tīwae whero), kiato rohe panuku (tīwae kōwhai), me te taratara o te mata (tīwae kahurangi) mo nga hanganga kauwhata rereke.
I te wa e torohia ana nga kiriata MGG, he tikanga taapiri nui ka taea e nga panuku te hono i nga rohe ngatata o te graphene, me te pupuri i te kupenga uru. Ko nga panuku graphene he oati na te mea ka taea e ratou te tekau o nga micrometer te roa, na reira ka taea e ratou te hono i nga kapiti ka eke ki te tauine micrometer. I tua atu, na te mea he maha nga paparanga o te graphene o nga panuku, e tika ana kia iti te aukati. Hei whakatairite, he ahua kiato (whakawhitinga iti) nga whatunga CNT hei whakarato i te kaha o te piriti arataki rite, na te mea he iti ake nga CNT (te nuinga he iti noa nga micrometers te roa) me te iti ake te kawe i nga panuku. I tetahi atu taha, ka whakaatuhia i te piki. S12, i te mea ka pakaru te graphene i te wa e toronga ana ki te whakatau i te riaka, karekau nga panuku e pakaru, e tohu ana kei te retireti pea te graphene ki runga i te kauwhata o raro. Ko te take i kore ai e kapiti na te mea kua hurihia, he maha nga paparanga o te graphene (~ 1 ki te 2 0 μm te roa, ~ 0.1 ki te 1 μm te whanui, me te ~ 10 ki te 100 nm teitei), he he kōwae whaihua teitei ake i te graphene paparanga kotahi. E ai ki nga korero a Green me Hersam (42), ka taea e nga whatunga CNT konganuku (te diameter ngongo o te 1.0 nm) te whakatutuki i nga parenga pepa iti <100 ohms/sq ahakoa te nui o te aukati i waenga i nga CNT. Ki te whakaaro he 0.1 ki te 1 μm te whanui o a tatou panuku graphene me te nui ake o nga waahi whakapiri o nga panuku G/G i nga CNT, ko te parenga whakapiri me te waahi whakapiri i waenga i nga panuku graphene me te graphene me kaua e whakatiki i nga mea hei pupuri i te kawe teitei.
He teitei ake te graphene i te taputapu SEBS. Ahakoa he iti ake te matotoru whaihua o te hiko graphene i tera o te tïpako, ko te pakari o te wa graphene he rite te matotoru ki to te tïpako (43, 44), ka hua mai he huanga-motu-motu. I whakatairitehia e matou te whakarereketanga o te graphene 1-nm-te matotoru i runga i te tïpako SEBS (tirohia nga Rauemi Tāpiri mo nga taipitopito). E ai ki nga hua whaihanga, ka tukuna te 20% riaka ki te substrate SEBS i waho, ko te taumahatanga toharite i roto i te graphene he ~ 6.6% (Fig. 4J and fig. S13D), e rite ana ki nga tirohanga whakamatautau (tirohia te pikitia S13) . I whakatauritea e matou te riaka i roto i te tauira kawhata me te rohe tïpako ma te whakamahi i te karu whatu a ka kitea ko te riaka i te rohe tïpako he rua neke atu i te rua te riaka i te rohe graphene. E tohu ana tenei ko te riipene e pa ana ki nga tauira graphene electrode ka taea te tino kati, ka hanga he motu maro karepe ki runga ake o SEBS (26, 43, 44).
No reira, ko te kaha o nga electrodes MGG ki te pupuri i te kaha o te kawe i raro i te riaka teitei ka taea e nga tikanga nui e rua: (i) Ka taea e nga panuku te piriti i nga rohe momotu hei pupuri i te ara percolation conductive, a (ii) ka paheke pea nga pepa graphene / elastomer multilayer. i runga i tetahi ki tetahi, ka heke te riaka ki runga i nga hiko graphene. Mo nga paparanga maha o te graphene whakawhiti i runga i te elastomer, kaore i te tino piri nga papa ki tetahi ki tetahi, ka paheke pea hei whakautu ki te riaka (27). I whakanuia ano e nga panuku te taratara o nga paparanga graphene, tera pea ka nui ake te wehenga i waenga i nga paparanga graphene, na reira ka taea te paheke o nga paparanga graphene.
Ko nga taputapu waro-katoa e tino whaia ana na te iti o te utu me te nui o te whakaputanga. I roto i to maatau, i hangaia nga transistors waro-katoa ma te whakamahi i te kuaha graphene o raro, te puna graphene/whakapapatanga o runga o te graphene, te hauhanga CNT kua tohua, me te SEBS hei dielectric (Whakaahua 5A). Ka rite ki te whakaatu i te Whakaahua 5B, he taputapu waro-katoa me nga CNT hei puna/whakaheke me te kuaha (te taputapu o raro) he puatakore ake i te taputapu whai hiko graphene (te taputapu runga). Ko tenei na te mea e hiahia ana nga whatunga CNT kia nui ake te matotoru, a, na reira, he iti ake nga tukunga whatu hei whakatutuki i nga parenga pepa e rite ana ki te graphene (whakaahua S4). Ko te Whakaahua 5 (C me D) e whakaatu ana i te whakawhiti tohu me nga pihi whakaputa i mua i te riaka mo te transistor i hangaia ki nga hiko MGG bilayer. Ko te whanui hongere me te roa o te transistor karekau he 800 me te 100 μm. He nui ake i te 103 te ōwehenga o runga/atu i te 103 me te au o runga me te au i nga taumata 10−5 me te 10−8 A. E whakaatu ana te kurupae whakaputanga i nga tikanga raina me te sa turation tino pai ki te whakawhirinaki ki te kuaha-ngaohiko, e tohu ana i te whakapiri pai i waenga i nga CNT me nga hiko graphene (45). Ko te parenga whakapiri ki nga electrodes graphene i kitea he iti ake i tera me te kiriata Au kua whakaeto (tirohia te piki. S14). Ko te mokowhiti o te transistor totoro he 5.6 cm2/Vs, he rite ki te ahua o nga transistors CNT kua tohua te polymer i runga i nga taputapu Si maaro me te 300-nm SiO2 hei paparanga dielectric. Ko te whakapai ake i te nekeneke ka taea ki te whakapai ake i te kiato ngongo me etahi atu momo ngongo (46).
(A) Mahinga o te transistor totoro i runga i te kauwhata. Nga SWNT, ngongo waro kotahi-taiepa. (B) Whakaahua o nga transistors totoro i hangaia mai i nga hiko graphene (runga) me nga hiko CNT (raro). Ka tino kitea te rereketanga o te maarama. ( C me D) Whakawhiti me nga pihi whakaputa o te transistor-a-graphene i runga i te SEBS i mua i te riaka. (E me te F) Whakawhitia nga pihinga, ki runga me te atu o naianei, ki runga/atu, me te nekeneke o te transistor-a-kawhata i nga riaka rereke.
I te toronga o te taputapu waro-katoa ki te ahunga whakarara ki te ahunga kawe utu, ka kitea te iti o te paheketanga ki te 120% te riaka. I te wa o te toronga, ka heke tonu te nekehanga mai i te 5.6 cm2/Vs i te 0% riaka ki te 2.5 cm2/Vs i te 120% riaka (Fig. 5F). I whakaritea ano e matou te mahinga transistor mo nga roanga hongere rereke (tirohia te ripanga S1). Ko te mea nui, i te riipene rite te nui ki te 105%, kei te whakaatu tonu enei transistors katoa i te tauwehenga o runga/atu teitei (>103) me te nekeneke (>3 cm2/Vs). I tua atu, i whakarāpopotohia e mātou ngā mahi katoa o nā tata nei mō ngā whakawhiti waro-katoa (tirohia te ripanga S2) (47–52). Ma te arotau ki te hanga taputapu i runga i nga elastomers me te whakamahi i nga MGG hei hoapaki, he pai te mahi a a maatau transistors waro-katoa i runga i te nekeneke me te hysteresis tae atu ki te tino totoro.
Hei tono mo te transistor tino marama me te totoro, i whakamahia e matou hei whakahaere i te whakawhiti a te LED (Whakaahua 6A). E whakaatu ana i te Whakaahua 6B, ka tino kitea te LED kakariki na roto i te taputapu waro-katoa ka taea te toro ki runga ake. I te wa e toro atu ana ki te ~ 100% (Fig. 6, C me D), kaore e rereke te kaha o te rama rama LED, e rite ana ki te mahi transistor i whakaahuahia i runga ake nei (tirohia te kiriata S1). Koinei te purongo tuatahi mo nga wae mana torotoro i hangaia ma te whakamahi i nga hiko graphene, e whakaatu ana i te huarahi hou mo te hikohiko torohaki graphene.
(A) Iahiko o te transistor hei taraiwa LED. GND, whenua. (B) Whakaahua o te whakawhiti waro-katoa ka taea te totoro me te maramara i te riaka 0% i utaina ki runga ake o te LED matomato. (C) Ko te transistor maramara waro-katoa me te totoro e whakamahia ana hei huri i te LED kei te whakairihia ki runga ake o te LED i te 0% (maui) me ~100% riaka (matau). Ka tohu nga pere ma ko nga tohu kowhai kei runga i te taputapu hei whakaatu i te huringa tawhiti e totoro ana. (D) Tirohanga taha o te transistor totoro, me te LED ka pana ki roto i te elastomer.
Hei mutunga, kua whakawhanakehia e matou he hanganga graphene kawe marama e mau tonu ana te kawe i raro i nga taumahatanga nui hei hiko totoro, e taea ana e te graphene nanoscrolls i waenga i nga paparanga graphene. Ka taea e enei hanganga hiko MGG takirua me te trilayer i runga i te elastomer te pupuri i te 21 me te 65%, o te 0% o te riipene hiko i te riaka tae atu ki te 100%, ka whakatauritea ki te ngaro katoa o te kawe i te 5% riaka mo nga hiko o te graphene monolayer. . Ko nga huarahi taapiri o nga panuku graphene tae atu ki te ngoikore o te taunekeneke i waenga i nga paparanga whakawhiti ka uru ki te pai ake o te kawe i raro i te riaka. I whakamahia ano e matou tenei hanganga graphene ki te hanga i nga transistors totoro waro-katoa. I tenei wa, koinei te transistor-a-graphene tino totoro me te tino marama me te kore e whakamahi i te peeke. Ahakoa i whakahaeretia te rangahau o naianei kia taea ai te graphene mo te hikohiko totoro, e whakapono ana matou ka taea tenei huarahi ki te toro atu ki etahi atu rauemi 2D kia taea ai te hikohiko 2D totoro.
I whakatipuria te graphene CVD-nui ki runga i nga pepa Cu i whakatarewahia (99.999%; Alfa Aesar) i raro i te pehanga tonu o te 0.5 mtorr me te 50–SCCM (henemita kubiko paerewa ia meneti) CH4 me te 20–SCCM H2 hei tohu i te 1000°C. Ko nga taha e rua o te takai Cu i hipoki ki te monolayer graphene. He papanga angiangi o te PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) i pania ki tetahi taha o te pepa Cu, ka hanga he hanganga PMMA/G/Cu foil/G. i muri iho, ka rukuhia te kiriata katoa ki te wairewa 0.1 M ammonium persulfate [(NH4)2S2O8] mo te 2 haora hei tarai i te takai Cu. I roto i tenei tukanga, ka haea tuatahi te graphene tuara kaore i parea ki te taha o nga rohe o te witi, katahi ka hurihia hei panuku na te raru o te mata. I piri nga panuku ki runga i te kiriata graphene o runga e tautokohia ana e te PMMA, ka hangaia he panuku PMMA/G/G. He maha nga wa ka horoia nga kiriata ki roto i te wai whakahekehia, ka whakatakotoria ki runga i te tïpako i whäia, përä i te SiO2/Si, te tïpako kirihou ranei. I te whakamaroketanga o te kiriata piri ki runga i te tïpako, ka rukuhia te tauira ki roto i te acetone, 1:1 acetone/IPA (isopropyl alcohol), me te IPA mo te 30 hēkona hei tango i te PMMA. I whakawerahia nga kiriata ki te 100°C mo te 15 meneti, ka pupuri ranei i roto i te korehau mo te po hei tango katoa i te wai mau i mua i te whakawhiti atu i tetahi atu paparanga o te pukapuka G/G ki runga. Ko tenei mahi ko te karo i te wehenga o te kiriata graphene mai i te taputapu me te whakarite kia kapi katoa nga MGG i te tukunga o te paparanga kawe PMMA.
Ko te ahua o te hanganga MGG i kitea ma te whakamahi i te karu hiko (Leica) me te karu hiko matawai (1 kV; FEI). He karuiti kaha ngota (Nanoscope III, Taputapu Mamati) i whakahaeretia i roto i te aratau paopao hei mataki i nga korero o nga panuku G. I whakamatauria te maramatanga o te kiriata e te irirangi ultraviolet-kitea (Agilent Cary 6000i). Mo nga whakamatautau i te wa e haere ana te riaka ki te ahunga tika o te rere o naianei, ka whakamahia te whakaahua whakaahua me te plasma O2 ki te whakatauira i nga hanganga graphene ki nga takai (~ 300 μm te whanui me te ~ 2000 μm te roa), me te Au (50 nm) nga hiko i te waiariki ma te whakamahi. kopare atarangi i nga pito e rua o te taha roa. Ka honoa nga takai graphene ki te SEBS elastomer (~2 cm te whanui me te ~5 cm te roa), me te tuaka roa o nga takai e whakarara ana ki te taha poto o SEBS whai muri ko BOE (buffered oxide etch) (HF:H2O 1:6) te tarai me te eutectic gallium indium (EGaIn) hei whakapiri hiko. Mo nga whakamatautau riaka whakarara, ka whakawhitia te hanganga graphene kore tauira (~5 × 10 mm) ki runga i nga taputapu SEBS, me nga toki roa e whakarara ana ki te taha roa o te taputapu SEBS. Mo nga keehi e rua, ko te G katoa (kaore he panuku G) / SEBS i horahia ki te taha roa o te elastomer i roto i te taputapu a-ringa, a, i roto i te waahi, i inehia e matou o raatau huringa aukati i raro i te riaka i runga i te teihana tirotiro me te kaitirotiro semiconductor (Keithley 4200). -SCS).
Ko nga transistors waro-katoa tino totoro me te maramara i runga i te tïpako rapa i hangaia e nga tikanga e whai ake nei hei karo i te kino whakarewa waro o te dielectric polymer me te tïpako. I whakawhitihia nga hanganga MGG ki runga i te SEBS hei hiko hiko. Ki te whiwhi i tetahi paparanga dielectric polymer-kiriata angiangi (2 μm te matotoru), he otinga SEBS toluene (80 mg/ml) kua pania-whakakikoruatia ki runga i te octadecyltrichlorosilane (OTS) -kua whakarereketia te tïpako SiO2/Si i te 1000 rpm mo te 1 min. Ko te kiriata dielectric angiangi ka ngawari te whakawhiti mai i te mata OTS hydrophobic ki runga i te tïpako SEBS kua hipokina ki te graphene kua rite. Ka taea te hanga i te puritanga ma te whakatakoto i te wai-whakarewa (EGaIn; Sigma-Aldrich) te hiko o runga hei whakatau i te puritanga hei mahi o te riaka ma te whakamahi i te mita LCR (inductance, capacitance, resistance) (Agilent). Ko tetahi atu waahanga o te transistor ko nga CNTs semiconducting kua tohua, e whai ana i nga tikanga i korerotia i mua (53). Ko te tauira o te puna / wai hiko i hangaia i runga i nga taputapu SiO2 / Si. I muri mai, ko nga wahanga e rua, te dielectric / G / SEBS me nga CNTs / te tauira G / SiO2 / Si, i whakakikoruatia tetahi ki tetahi, ka tohua ki te BOE hei tango i te taputapu SiO2 / Si pakari. Na, i hangaia nga transistors tino marama me te toro. Ko nga whakamatautau hiko i raro i te riaka i mahia i runga i te tatūnga totoro a-ringa pera i te tikanga kua kiia ake nei.
Kei te waatea nga rauemi taapiri mo tenei tuhinga i http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
piki. S1. Ko nga whakaahua moroiti mata o te monolayer MGG i runga i nga taputapu SiO2/Si i nga whakanuinga rereke.
piki. S4. Te whakatairitetanga o nga parenga pepa e rua-tirohanga me nga whakawhiti @550 nm o te graphene mania kotahi, bi- me te trilayer mania (nga tapawha pango), MGG (porowhita whero), me nga CNT (taitoru kikorangi).
piki. S7. Ko te huringa parenga noa o te mono- me te bilayer MGGs (pango) me te G (whero) i raro i te ~1000 riaka huringa e uta ana ki te 40 me te 90% riaka whakarara, ia.
piki. S10. Ko te ahua SEM o te taarua MGG i runga i te SEBS elastomer i muri i te riaka, e whakaatu ana i te whiti panuku roa i runga i nga kapiti maha.
piki. S12. Ko te ahua AFM o te taarua MGG i runga i te elastomer SEBS tino kikokore i te 20% riaka, e whakaatu ana i whiti tetahi panuku ki runga i te kapiti.
tepu S1. Nga nekenekehanga o te riipene MGG–kotahi-taiepa waro nanotube transistors i nga roa hongere rereke i mua me muri i te riaka.
He tuhinga uru tuwhera tenei ka tohatohahia i raro i nga tikanga o te raihana Creative Commons Attribution-NonCommercial, e whakaae ana ki te whakamahi, ki te tohatoha, ki te whakaputa uri i roto i tetahi kaupapa, mena karekau te hua ka puta mo te painga arumoni me te tika te mahi taketake. whakahua.
FAKATOKANGA: Ka tono noa matou i to wahitau imeera kia mohio ai te tangata e taunaki ana koe mo te wharangi kei te pirangi koe kia kite ratou, ehara hoki i te mēra paraurehe. Kaore matou e hopu i tetahi wahitau imeera.
Ko tenei patai mo te whakamatautau mena he manuhiri tangata koe me te aukati i nga tukunga mokowhiti aunoa.
Na Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
Na Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
© 2021 American Association for the Advancement of Science. Pūmau te mana. Ko AAAS te hoa o HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef me COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Te wa tuku: Hanuere-28-2021